Tökéletes gömböket küldenek az űrbe

A NASA egészen különleges műhold indítására készül a kaliforniai Vandenberg légibázisról, egy Delta 2 hordozórakétával. A Gravity Probe B két éven át méri az általános relativitáselmélet néhány, eddig kísérletileg nem ellenőrzött következtetését.

A műhold indítását a legutóbbi tervek szerint április 19-én estére (közép-európai idő szerint 19 órára) tervezték, de az erős szelek okozta technikai probléma miatt egyelőre leállították a visszaszámlálást, és minimum egy nappal elhalasztották a startot.

A program ötlete 1959-ben merült fel, s a megvalósításhoz több területen is műszaki csúcsmegoldásokat kellett találni. Egyetemi tankönyvemben az 1960-as évek elején még azt olvastam, hogy a relativitáselmélet több következtetése a mérések számára hozzáférhetetlen. A mai csúcstechnika megoldást ígér.

Ha egy test nyugvó tömegektől távol és lassan mozog, akkor a newtoni mechanika alkalmazható. Ha azonban a test gyorsan mozog vagy erős gravitációs tér van jelen, akkor új jelenségek lépnek fel - ezeket írja le Einstein 1916-ban közzétett általános relativitáselmélete. A relativitáselmélet néhány következtetését kísérletileg igazolták (a Merkúr bolygó pályája, gravitációs fényelhajlás, gravitációs vöröseltolódás). Vannak azonban az elméletnek olyan következményei, amelyeket eddig még nem ellenőriztek kísérletekkel.

Például ha egy nagy tömegű test forog, akkor nem csak görbíti a teret, hanem magával is "vonszolja" azt. A forgó test gravitációs hatása függ a perdületétől. A téridő "vonszolódását" giroszkópokkal mérik a műholdon. A giroszkóp forgó rendszer, tengelye erőhatás nélküli térben mindig ugyanabba az irányba mutat. Ha a Föld (forgása miatt) magával vonszolja a teret, akkor ennek hatással kell lennie a műholdon levő giroszkópokra.

A kísérlet tervezői szerint a Föld pólusai felett 600 km magasságban repülő műholdon a giroszkóp tengelye 1 év alatt 42 milli-ívmásodpercet fordul el. A műholdon 4 darab, pingponglabda méretű golyót forgatnak meg. A golyókat kvarcból öntötték, fantasztikus pontossággal. Felszínük maximum 40 atomrétegnyi mértékben tér el a gömbtől, sűrűségük 1:10 millióhoz mértékben egyenletes. Ha a Föld is ilyen tökéletes gömb lenne, akkor a Mount Everest csúcsa és a legmélyebb tengeri árok között mindössze 5 méter szintkülönbség lenne.

Tökéletes műszerek, tökéletes környezet

A kvarcgolyókat vékony nióbium fémbevonattal látták el. Az elektromos térben lebegő golyókat héliumgáz befújásával forgatják meg. Két giroszkópot jobbra, kettőt balra forgatnak meg. Ha elérték a 10 ezer fordulat/perc fordulatszámot, akkor a héliumot kiszivattyúzzák. Ezután bent nagy vákuumot tartanak fenn (a normál légnyomás százbilliomod részét), így súrlódás következtében 1000 év alatt mindössze 1%-kal csökkenne a golyók fordulatszáma, de a kísérleteket csak két évre tervezik. A műhold fedélzetén 1500 liter 1,8 kelvin hőmérsékletű szuperfolyékony héliummal oldják meg a hűtést.

A kísérleti tér belsejét szupravezető ólomfóliával bélelték, ez zárja ki a Föld mágneses terét. Minden külső hatást igyekeznek kiküszöbölni, ezért alacsony a hőmérséklet, a nyomás, a mágneses tér: a NASA szakemberei szerint ez a világ legnyugodtabb, legzavartalanabb környezete.

A téridő "vonszolódását" szeretnék mérni

A forgástengely irányának megváltozását szupravezetés segítségével mutatják ki. A forgó gömbök nióbiumbevonata ugyanis befolyásolja a mágneses teret, ennek a megváltozását figyelik. A szupravezető hurok - akárcsak a műhold összes berendezése - rendkívül érzékeny: a földmágneses tér erőssége tízbilliomod résznyi megváltozásának megfelelő eltérést már képes észlelni. A műhold lényeges eleme az a referenciatávcső, amely automatikusan a Pegasus csillagkép egyik csillagára irányul, kezdetben a giroszkópok forgástengelye is erre mutat. A giroszkópok tengelyének megváltozásából egyébként nemcsak a téridő-vonszolásra, hanem más, nagyon kis gravitációs jelenség fellépésére is következtetni tudnak majd.

Jéki László